На чолі ослабленого боями Південного фронту, також задіяного в операції, стояв талановитий радянський воєначальник з непростою долею, генерал-полковник Родіон Якович Малиновський (1898–1967; із грудня 1941 р. командував Південним фронтом, згодом 66-ю армією під Сталінградом, з березня 1943 р. очолив Південно-Західний, згодом перейменований у 3-й Український фронт, відзначився в ході звільнення Південної України, з травня 1944 р. командувач 2-го Українського фронту, головні досягнення – успішна Яссько-Кишинівська операція 1944 р., взяття Будапешта, Віденська операція, розгромив Квантунську армію в ході війни з Японією).
Німецькою групою армій «Південь» з січня 1942 р. командував холоднокровний і досвідчений генерал-фельдмаршал Федор фон Бок (1880–1945; герой Першої світової війни, генерал піхоти в рейхсвері, 1938 р. генерал-полковник, командував групами армій у ході Польської та Французької кампаній, з 1940 р. генерал-фельдмаршал, влітку 1941 р. успішно командував групою армій «Центр» на Східному фронті, в грудні 1941 р. після провалу наступу на Москву відправлений у відставку, в січні – липні 1942 р. командував групою армій «Південь»); 6-ю армією після загибелі в січні її брутального і харизматичного командувача В. фон Райхенау керував безбарвний штабіст генерал-полковник Фрідріх Паулюс (1890–1957; брав найактивнішу участь у Сталінградській битві, за кілька днів до капітуляції 6-ї армії – генерал-фельдмаршал, з 1943 р. у радянському полоні, активно співпрацював із радянськими спецслужбами, після 1953 р. жив у НДР, мемуарист); 17-ю армією керував випробуваний у боях танкіст генерал-полковнинк Герман Гот (1885–1971; командував танковою групою «Гот» у війні проти Франції, відзначився під Сталінградом, на Курській дузі, в битві за Дніпро, з грудня 1943 р. у відставці, автор мемуарів); 1-ю танковою армією вермахту (так тепер називалася колишня 1-ша танкова група) командував той самий фельдмаршал Евальд фон Клейст.
Перемога під Москвою і успіхи в розбудові РСЧА запаморочили голови радянському керівництву, що призвело до виникнення нездійсненного плану «досягнення перемоги 1942 р.». З цією метою влітку 1942 р. планувалося завдати ворогові сильних ударів на основному (яким було помилково визнано московський) та периферійних (насправді головним була, зокрема, Україна) напрямках ворожих головних ударів, аби випередити німецькі плани наступу (які дійсно існували). Південно-Західний, Південний та частина Брянського фронту мали спробувати «зрізати» й оточити головні сили німецької групи армій «Південь», вийшовши через Харків і Донбас до Азовського моря. Для цього в січні 1942 р. було проведено Барвінківсько-Лозівську наступальну операцію, що скінчилася частковим невеликим успіхом. У її результаті радянські війська утримували плацдарм у районі Барвінкового, звідки було вирішено провести наступ 6-ю армією А. Городнянського та армійською групою Л. Бобкіна, другою хвилею наступу мали стати два танкових корпуси. Північніше від Харкова мав бути завданий ще один удар (28-ю армією Д. Рябишева), у результаті чого мало бути оточене Харківське угрупованя німців, наступною стадією планувався удар на Донбас і вихід до Азовського моря. Для виконання цього доволі авантюрного плану виділили до 650 тис. осіб, до 1,5 тис. танків та самохідних гармат (з них до 1,1 тис. на напрямку головного удару), до 1 тис. літаків. Німці могли протиставити РСЧА на всій південній ділянці фронту також до 640 тис. солдатів (з них по суті в битві взяли участь до 350 тис.), до 430 танків, що були в складі дивізій, які реально взяли участь у бою, до 700 літаків (наприкінці битви). Особливість битви в тому, що німці також планували наступ з метою знищення Барвінківського плацдарму (операція «Фрідерікус 1»), але радянське командування випередило їх на 6 днів.
Битва стала дебютом сформованих навесні 1942 р. за наказом Й. Сталіна радянських танкових корпусів (аналог німецької танкової дивізії). Великою проблемою РСЧА на час битви була все ще недостатня моторизованість та радіофікованість нових корпусів, а також слабка ПВО, «головним болем» вермахту – все ще слабка проти радянських середніх танків протитанкова оборона. Наступ розроблявся за довоєнними радянськими рецептами так званої «теорії глибокої операції», розробленої В. Тріандафіловим, для чого були залучені кавалерія і танкові з’єднання.